Введение к работе
Актуальность работы. Повышение качества швейных изделий, увеличение производительности швейных машин, уменьшение отходов и брака, являются актуальными задачами для швейных предприятий. Решение указанных задач связано с необходимостью совершенствования конструкции механизмов швейных машин, уменьшения их виброактивности и снижения уровня шума. В современных швейных машинах для привода рабочих органов используются множество разнообразных рычажных механизмов. Наиболее сложным и нагруженным механизмом швейной машины является механизм транспортирования материалов. Работа данного механизма оказывает существенное влияние на качество строчки, производительность швейной машины, ее виброактивность и шум.
Одним из направлений совершенствования механизмов транспортирования материалов является получение прямолинейного, параллельного игольной пластине участка траектории движения зубчатой рейки. Решение указанной проблемы связано с необходимостью получения более сложного закона движения рабочего органа, и требует решения задач оптимизации структурных, кинематических и динамических характеристик механизмов транспортирования. При этом следует учитывать условия своевременного взаимодействия рабочих органов швейной машины на различных режимах ее работы, необходимость регулирования длины стежка. Исходя из сказанного, задача оптимизации структурных, кинематических и динамических характеристик механизмов транспортирования материалов швейных машин является актуальной.
Работа над диссертацией велась в соответствии с планом выполнения аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 г.)", мероприятие №2 "Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук", подраздел 2.1.2 "Проведение фундаментальных исследований в области технических наук", по теме "Развитие теории и методов оптимального структурно-кинематического и динамического синтеза механизмов технологических машин с нелинейными характеристиками" (2006-2008 г., РНП 2.1.2.1286). В период с 2007 по 2009 г. работа также велась в соответствии с планом госбюджетных работ по теме Лентек 1.2.07 "Теория структурно-кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов с нелинейными характеристиками".
Цели и задачи работы. Целью диссертации является разработка регулируемых механизмов транспортирования материалов швейных машин с прямолинейным, параллельным игольной пластине участком траектории движения зубчатой рейки, математического, алгоритмического и программного обеспечения для оптимизации их структурных, кинематических и динамических характеристик. Для достижения цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
— разработать структурную и кинематическую схему узла зубчатой рейки механизмов транспортирования материалов швейных машин с прямолинейным участком траектории движения зубчатой рейки; математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения указанной задачи;
разработать структурные и кинематические схемы привода вертикальных и горизонтальных перемещений узла зубчатой рейки механизма транспортирования материалов с учетом технологических требований, циклограммы работы машины, возможности регулирования шага транспортирования и конструктивных ограничений для получения движения зубчатой рейки в процессе рабочего хода по траектории, имеющей прямолинейный, параллельный игольной пластине участок;
разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения задач оптимизационного сшггеза параметров кинематической схемы привода вертикальных и горизонтальных перемещений зубчатой рейки, обеспечивающее ее прямолинейное движение параллельно игольной пластине в процессе рабочего хода;
исследовать влияние прямолинейного движения зубчатой рейки параллельно игольной пластине в процессе рабочего хода на динамику узла прижимной лапки; разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения указанной задачи;
выполнить сравнительный анализ динамики узла прижимной лапки при традиционном движении зубчатой рейки по эллипсной траектории и при движении зубчатой рейки по траектории с прямолинейным участком параллельно игольной пластине в процессе рабочего хода; проанализировать влияние высоты подъема зубчатой рейки и прямолинейного участка ее траектории на динамику прижимной лапки.
Методы исследовании. При выполнении диссертационной работы применялись методы математического анализа, теории колебаний, математического моделирования и оптимизации с широким использованием возможностей современных ЭВМ.
Научная новизна работы определяется тем, что:
разработан метод синтеза узла зубчатой рейки механизмов транспортирования материалов швейных машин, который позволяет зубчатой рейке оставаться параллельной игольной пластине в процессе рабочего хода;
разработаны "требуемые" из технологических соображений траектории движения зубчатой рейки с учетом высоты ее подъема над игольной пластиной, длины прямолинейного участка и шага транспортирования при заданном циклограммой работы швейной машины угле рабочего хода механизма транспортирования;
разработан метод оптимизационного синтеза кинематической цепи вертикальных перемещений зубчатой рейки в виде передаточного шестизвенного шарнирного механизма, образованного присоединением диады к шатуну четырех-звенника, с выстоем выходного звена в крайнем положении с учетом заданного угла рабочего хода механизма транспортирования материалов и высоты подъема зубчатой рейки над игольной пластиной;
разработан метод динамического анализа узла прижимной лапки швейной машины для случая движения зубчатой рейки по траектории с прямолинейным и параллельным игольной пластине участком в процессе рабочего хода; выполнен анализ динамики прижимной лапки для случаев движения зубчатой рейки
по эллипсной траектории и при движении зубчатой рейки по траектории с прямолинейным участком параллельно игольной пластине в процессе рабочего хода.
Практическая значимость результатов работы. Выполненные в диссертации исследования доведены до практической реализации в виде пакетов прикладных программ и инженерных рекомендаций, предназначенных для решения задач структурного, кинематического и динамического анализа и оптимизации параметров механизмов транспортирования материалов швейных машин с прямолинейным, параллельным игольной пластине участком траектории движения зубчатой рейки в процессе рабочего хода. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение позволит сократить затраты материалов, труда и времени на совершенствование конструкции механизмов транспортирования материалов швейных машин за счет сокращения расходов на проектирование и модернизацию базовой конструкции используемых настоящее время механизмов транспортирования материалов.
Материалы диссертационной работы и разработанное алгоритмическое и программное обеспечение используется в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна в курсе лекций "Машины и аппараты швейной промышленности", на практических и лабораторных занятиях по дисциплине "Динамика механизмов и машин легкой промышленности", в курсовом и дипломном проектировании студентов направления 150400 - "Технологические машины и оборудования", специальности 150406.65 - "Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности", а также в курсе лекций и лабораторных работ по дисциплине "Синтез рычажных механизмов" при подготовке магистров по направлению 150400.68 - "Технологические машины и оборудование".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на трех научно-технических конференциях: Международная научно-техническая конференция "Современные наукоемкие и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности ПРОГРЕСС-2008", (г. Иваново, ИГТА); 21-й и 22-й Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов "МИКМУС-2009 и "МИКМУС-2010", (г. Москва, Институт машиноведения РАН).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 научных работах, в том числе 1 статья в журнале, входящем в "Перечень ..." ВАК РФ, 2 статьи в других научных изданиях и 3 тезиса докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 210 страниц, включая 13 таблиц, 76 рисунков, приложение - 26 страниц. Список литературы включает 103 источника.
